Difracción del Sonido

Difracción: la curvatura de las ondas alrededor de pequeños obstáculos y la propagación de las ondas mas allá de las pequeñas* aberturas.

La difracción forma parte importante de nuestra experiencia con el sonido. El hecho de que se pueda escuchar sonidos alrededor de las esquinas y alrededor de barreras, involucra tanto la difracción como la reflexión del sonido. La difracción en estos casos ayuda a que el sonido se "curve en torno a" los obstáculos. El hecho de que la difracción sea más pronunciada con longitudes de ondas mas largas implica que se puede escuchar las frecuencias bajas alrededor de los obstáculos, mejor que las altas frecuencias, como se ilustra en el ejemplo de una banda de música en la calle. Otro ejemplo común de la difracción, es el contraste entre el sonido de un rayo cercano y otro lejano. El trueno de un rayo cercano se experimenta como un chasquido nítido marcado, lo que indica la presencia de una gran cantidad de sonidos de alta frecuencia. El trueno de un rayo distante se experimenta como un ruido sordo, ya que son longitudes de ondas largas, que pueden doblarse alrededor de los obstáculos para llegar a uno. Hay otros factores tales como la mayor absorción de aire de las altas frecuencias involucradas, pero la difracción juega un papel importante en la experiencia.

Se puede percibir que la difracción tiene una naturaleza dual, ya que el mismo fenómeno que hace que las ondas se curven alrededor de los obstáculos, hace que se extiendan pasadas las aberturas pequeñas. Este aspecto de la difracción también tiene muchas implicaciones. Además de poderse escuchar el sonido cuando se encuentre al otro lado de la puerta como en la ilustración de arriba, esta propagación de las ondas sonoras tiene consecuencias cuando se trata de una habitación insonorizada. La insonorización adecuada requiere que la sala esté bien sellada, porque cualquier abertura permite que el sonido en el exterior se difunda en la sala -es sorprendente la cantidad de sonido que puede entrar a través de una pequeña abertura-. Por razones similares, es necesario un buen sellado en las cajas de altavoces.

Otra consecuencia de la difracción es el hecho de que una onda que sea mucho más larga que el tamaño de un obstáculo, como el poste en el auditorio de arriba, no puede dar información acerca de ese obstáculo. Un principio fundamental del tratamiento de imagen, es que no se puede ver un objeto que sea más pequeño que la longitud de onda de la luz con la que se mira. No se puede ver un virus con un microscopio de luz, porque el virus es más pequeño que la longitud de onda de la luz visible. La razón de esta limitación se puede visualizar con el ejemplo del auditorio: las ondas sonoras se curvan y el frente de onda se reconstruye más allá del pilar. Cuando se está posicionada a varias veces las longitudes de ondas del sonido más allá del pilar, no hay nada de la onda que dé información sobre el pilar. Por consiguiente, de la experiencia con el sonido, se puede obtener ideas sobre las limitaciones de todo tipo en el procesamiento de imágenes.

Los sonidos de longitud de onda larga del bombo se difractan alrededor de la esquina, más eficientemente que los sonidos de longitud de onda cortas de los instrumentos más agudos y más direccionales.

Contornos de Sonido en Altavoces

Una consecuencia de la difracción es que el sonido de un altavoz se propagará mas allá de solo ir directamente hacia adelante. Como las bajas frecuencias tienen logitudes de ondas mas largas comparada con el tamaño de los altavoces, se propagarán mas que las frecuencias altas. Las curvas de la izquierda, representan contornos de igual intensidad a 90 decibelios para el sonido producido por un pequeño altavoz en una caja. Es evidente que el sonido de alta frecuencia se extiende hacia fuera menos que el sonido de baja frecuencia. Estas curvas de igual intensidad se midieron en un experimento de laboratorio de sonido de pregrado.

Nótese que la longitud de onda del sonido de 100 Hz es unos 3,45 metros, mucho mas grande que el altavoz, mientras que la del sonido de 2000 Hz, es de unos 18 cm, alrededor del tramaño del altavoz.

Las realidades de la difracción puede afectar la elección de los altavoces para la escucha personal. Los altavoces muy pequeños a menudo son promocionados como de sonido tan bueno como un altavoz de gran tamaño. Hay razones para ser escépticos sobre esas afirmaciones, por motivos físicos. Los altavoces de gran tamaño, son inherentemente más eficientes en la producción de frecuencias de graves en una habitación, justamente porque sus tamaños se comparan más favorablemente con las longitudes de ondas de esos sonidos. Incluso si ese problema básico es superado por la ecualización electrónica de la entrada del sonido a los altavoces y el diseño de las redes de cruce que proporcionan la señal a los diferentes componentes del altavoz, no se puede escapar de las consecuencias de la difracción. Los pequeños altavoces extenderán considerablemente más las frecuencias bajas que las frecuencias altas. Esta diferencia entre los patrones de igual volumen de altos y bajos viene a ser cada vez más pronunciada a medida que se fabrican altavoces más y más pequeños. Así que posiblemente podría obtener un sonido equivalente directamente en el eje con el altavoz, pero a medida que se aleja del eje, las altas frecuencias caerán más rápidamente que las bajas. En la práctica, esto limita la región de audiencia para la escucha óptima. Podría decirse con justicia que si los altavoces son sólo para uno, se puede estar satisfecho con los pequeños altavoces, ya que puede colocarse en el lugar de escucha ideal. Pero si se tiene invitados, ellos no estarán tan satisfechos debido a las mayores variaciones fuera del eje de los altavoces pequeños.